Composition élémentaire et isotopique des particules de la comète 67P/Churyumov-Gerasimenko // Elemental and isotopic composition of particles from comet 67P/Churyumov-Gerasimenko

La mission Rosetta a étudié la comète 67P/Churyumov-Gerasimenko d'aout 2014 à septembre 2016. Cette mission spatiale a eu un grand retentissement scientifique et continue d'alimenter de nombreuses questions scientifiques concernant notre compréhension des comètes, des petits corps glacés, et de façon plus large, celle de l'histoire de la formation du système solaire. Un grand nombre de données reste à exploiter, afin aussi d'affiner nos connaissances préparer au mieux les objectifs des futures missions spatiales.
Durant la mission Rosetta, l'instrument COSIMA (COmetary Secondary Ion MAss spectrometer) a collecté, photographié, puis analysé par spectrométrie de masse, de nombreuses particules émises par le noyau de la comète 67P. Ces mesures constituent un ensemble de données inestimables qui révèlent la composition chimique des particules cométaires auxquelles ni les observations à distance ni les autres instruments de la mission ne permettent pas d'accéder. Les premières analyses des données de COSIMA ont notamment permis de montrer que les particules cométaires sont des poussières primitives extrêmement riches en matière organique. Nous avons également réalisé une étude statistique concernant l'abondance d'éléments tels que H, C, Na, Mg, Al, Si, K, Ca et Fe dans environ 200 particules différentes. Cette étude ne s'est concentrée que sur l'analyse des spectres de masse d'ions positifs mesurés par COSIMA. Cependant, certains rapports élémentaires et isotopiques cruciaux tels que O/Si, S/Si, N/C et D/H, ne peuvent être déterminés de manière fiable qu'à partir de l'analyse des spectres de masse des ions négatifs.
L'objectif de cette thèse sera d'investiguer la composition élémentaire et isotopique du plus grand nombre possible de particules à partir de leurs spectres de masse d'ions négatifs mesurés par COSIMA. Cette thèse viendra donc compléter et finaliser le travail effectué à partir du mode de mesure d'ions positifs. Grâce à la quantification de l'oxygène (O) et du soufre (S) qui sont des éléments abondants et clés de la matière primitive, nous visons une meilleure compréhension de la minéralogie et de la chimie des particules cométaires. Il s'agira en particulier, d'étudier les variations d'abondance de ces deux éléments entre particules. Ces variations seront mises en regard des répartitions et abondances déjà déterminées pour les autres éléments majeurs de cette matière cométaire, et plus spécifiquement celles du carbone (C), élément dominant la matière organique, et celles du silicium (Si) et de fer (Fe) dominant les phases minérales. De plus, les rapports N/C, H/C et D/H permettront de mieux contraindre la nature et les conditions de formation de la matière organique cométaire. Ces abondances élémentaires permettront également de préciser les processus physico-chimiques auxquels la matière cométaire a été soumise.
Le ou la doctorant.e aura une formation en (astro-)physique et/ou en chimie et/ou en géochimie et sera motivé pour le traitement et l'analyse de données. Toute compétence ou expérience particulière dans ce domaine sera appréciée.
La thèse est financée par le projet ANR « COM and MIN ». Elle se déroulera au Laboratoire Interuniversitaire des Systèmes Atmosphériques (LISA) à Créteil sous la direction de Nicolas Fray (LISA – Créteil) et la co-direction de Donia Baklouti (IAS – Institut d'Astrophysique Spatiale – Orsay). Ce travail se fera en étroite collaboration avec Hervé Cottin (LISA – Créteil) et différents membres de l'équipe scientifique de l'instrument COSIMA.
Contact : nicolas.fray@lisa.ipsl.fr et donia.baklouti@universite-paris-saclay.fr
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The Rosetta mission studied comet 67P/Churyumov-Gerasimenko from August 2014 to September 2016. This space mission had a major scientific impact and continues to fuel many scientific questions concerning our understanding of comets, small icy bodies and, more broadly, the history of the formation of the solar system. A vast amount of data remains to be exploited, to refine our knowledge and better prepare the objectives of future space missions.
During the Rosetta mission, the COSIMA (COmetary Secondary Ion Mass Analyzer) instrument collected, photographed and then analyzed by mass spectrometry numerous particles emitted by the nucleus of comet 67P. These measurements constitute an invaluable dataset revealing the chemical composition of cometary particles, to which neither remote observations nor the mission's other instruments provide access. Initial analyses of COSIMA data have shown that cometary particles are primitive dust, extremely rich in organic matter. We have also carried out a statistical study of the abundance of elements such as H, C, Na, Mg, Al, Si, K, Ca and Fe in around 200 different particles. This study focused solely on the analysis of positive ion mass spectra measured by COSIMA. However, some crucial elemental and isotopic ratios, such as O/Si, S/Si, N/C and D/H, can only be reliably determined from the analysis of negative ion mass spectra.
The aim of this thesis will be to investigate the elemental and isotopic composition of as many particles as possible from their negative ion mass spectra measured by COSIMA. This thesis will thus complement and finalize the work carried out using the positive ion measurement mode. By quantifying oxygen (O) and sulfur (S), which are abundant and key elements in primitive matter, we aim to gain a better understanding of the mineralogy and chemistry of cometary particles. In particular, we will study the variations in abundance of these two elements between particles. These variations will be compared with the distributions and abundances already determined for the other major elements in this cometary material, and more specifically those of carbon (C), the element dominating the organic matter, and those of silicon (Si) and iron (Fe) dominating the mineral phases. In addition, N/C, H/C and D/H ratios will enable us to better constrain the nature and formation conditions of cometary organic matter. These elemental abundances will also enable us to pinpoint the physico-chemical processes to which the cometary material was subjected.
The PhD student will have a background in (astro-)physics and/or chemistry and/or geochemistry and will be motivated by data processing and analysis. Any skills or experience in this field will be appreciated.
The thesis is funded by the ANR “COM and MIN” project. It will be carried out at the Laboratoire Interuniversitaire des Systèmes Atmosphériques (LISA) in Créteil (France), under the supervision of Nicolas Fray (LISA - Créteil) and Donia Baklouti (IAS - Institut d'Astrophysique Spatiale - Orsay). This work will be carried out in close collaboration with Hervé Cottin (LISA - Créteil) and various members of the COSIMA scientific team.
Contact : nicolas.fray@lisa.ipsl.fr et donia.baklouti@universite-paris-saclay.fr
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Début de la thèse : 01/10/2025
WEB : http://www.lisa.u-pec.fr/fr/exobiologie-et-astrochimie

Autre financement public

ANR Financement d'Agences de financement de la recherche

Université Paris-Est Créteil

531 SIE - Sciences, Ingénierie et Environnement

Le ou la doctorant.e aura une formation en (astro-)physique et/ou en chimie et/ou en géochimie et sera motivé pour le traitement et l'analyse de données. Toute compétence ou expérience particulière dans ce domaine sera appréciée.
The PhD student will have a background in (astro-)physics and/or chemistry and/or geochemistry and will be motivated by data processing and analysis. Any skills or experience in this field will be appreciated.